Artificial - Sintético Artificial
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Conceptos de Síntesis de Sonido Tecnología del Audio y de la Música Master en Artes Digitales octubre 2003 • • Artificial vs. Sintético Síntesis Analógica vs. Síntesis Digital • • Síntesis aditiva Síntesis sustractiva Arquitecturas : envolventes, filtros, LFOs… El sintetizador básico : Esquema Síntesis por modulación • Sergi Jordà [email protected] http://www.iua.upf.es/~sergi http://www.tecn.upf.es/~sjorda Artificial - Sintético • Artificial • Artificial - Sintético • Artificial Colorante Sonrisa Inseminación Vida Inteligencia … Sintético Tejido Drogas Imagen Sonido … Sonido Sintético • Un sintetizador [de sonido] es el dispositivo que permite este proceso de síntesis sonora • Un sintetizador "puro" no modifica un sonido preexistente, sino que lo genera a partir de la combinación de elementos simples (normalmente señales periódicas y/o funciones matemáticas) que no existen fuera de los circuitos del dispositivo o de las líneas de código del software • Los sintetizadores permiten obtener una infinidad de sonidos totalmente nuevos, así como, dependiendo del método que utilicen, imitar o reproducir sonidos de instrumentos ya existentes con mayor o menor fidelidad • Colorante Sonrisa Inseminación Vida Inteligencia … Sintético Tejido Drogas Imagen Sonido … Que no es natural Que simula serlo o quiere parecerlo o imitarlo… Creación o composición de un todo a partir de la combinación de elementos simples Síntesis Analógica vs. Digital • Puede ser analógico digital Î síntesis analógica Î síntesis digital • La síntesis analógica se inicia a mediados de los 60s (Moog, Buchla…) y tiene su auge hasta principios de los 80s • La síntesis digital se inicia en 1957 (M. Mathews) pero no se populariza hasta principios de los 80s, desbancando a la anterior • Por su versatilidad, la síntesis digital permite el uso de infinitas técnicas de síntesis y emular, de hecho, cualquiera de las técnicas analógicas • En la actualidad, la síntesis analógica vuelve a “estar de moda”, aunque normalmente es emulada digitalmente 1 Síntesis Analógica • En la síntesis analógica se parte de ondas de forma simple Ondas básicas • Sinusoidal Es la más simple de todas las ondas. Es una frecuencia pura, que no contiene ningún armónico, por lo que su sonido es el más "delgado" de los cuatro • Cuadrada Es la onda que tiene el sonido más lleno de las cuatro, debido al gran número de armónicos y a la intensidad de cada uno de ellos. Su sonido se acerca al del clarinete • Diente de sierra Esta onda tiene más armónicos que la onda cuadrada, pero éstos tienen menor intensidad. Su sonido, lleno, aunque no tanto como el de la cuadrada, se acerca más al de saxo o al del oboe • Triangular Después de la sinusoidal, es la que menos armónicos tiene, por lo que su sonido, no demasiado grueso, se sitúa en cierta forma entre la onda sinusoidal y la de diente de sierra, y podría recordar al de la flauta. (fáciles de conseguir mediante procesos electrónicos) • Estas ondas se combinan, modifican u operan entre si para crear nuevos sonidos de complejidad mayor Síntesis Analógica : Técnicas básicas Síntesis aditiva Parte del teorema de Fourier : • • • Síntesis aditiva Síntesis sustractiva Síntesis por modulación NB. Como ya indicamos, cualquiera de estas técnicas se puede realizar también digitalmente Aditiva (2) 1. Cuadrada : impares de amplitud decreciente 2. Ejemplos con 1[a], 3[b], 5[c], 9[d] y 101[e] armónicos Audiomulch Dartmouth ÎCualquier sonido periódico [onda] puede descomponerse en sonidos [ondas] sinusoidales de frecuencias múltiplos de la frecuencia fundamental ÎPor consiguiente, a partir de la suma de ondas sinusoidas se puede en teoría, reconstruir cualquier sonido (periódico) Aditiva : Inconvenientes Costosa (en implementación, en cálculo y en control) gran número de osciladores necesarios para obtener sonidos ricos (una decena como mínimo) complejidad que comporta el control sobre todos estos parámetros (amplitud de cada oscilador) para obtener sonidos variables en el tiempo (normalmente los más interesantes), se deberá controlar individualmente y de forma continua la evolución de cada una de estas amplitudes • Por estas razones, aunque las técnicas aditivas son conceptualmente posibles en el dominio analógico (un oscilador físico para cada armónico) se buscaron técnicas más económicas y rentables Î sustractiva …. 2 Sustractiva : Principios Sustractiva • La síntesis sustractiva necesita menos osciladores que la síntesis • En lugar de partir de sonidos simples (sinusoidales) y sumarlos … aditiva, ya que en principio bastaría con una única forma de onda rica en armónicos y un conjunto de filtros. Por este motivo, es la que (con ciertos añadidos en forma de modulaciones, que se estudiarán más adelante) se implementó en los primeros sintetizadores analógicos durante la década de los sesenta escultura en metal síntesis aditiva de color (monitores, emitida…) : se añade luz de componentes diferentes … • La síntesis sustractiva rigurosa parte del ruido blanco (ya que éste tiene componentes en todas las frecuencias)… …pero se aplica también con cualquier tipo de onda básico que se contenga varios armónicos (ondas cuadradas, triangulares o en diente de sierra) a los que se aplican filtros • … se parte de sonidos complejos a los que se quitan elementos (filtrado) • Aunque menos sistemática que la síntesis aditiva basada en la escultura en piedra síntesis sustractiva de color (impresión, reflejada…) : se filtra la luz blanca … teoría de Fourier, la síntesis sustractiva también se basa en algunos de los principios físicos que rigen a los instrumentos acústicos. En estos instrumentos, su cuerpo (el tubo de un instrumento de viento, la caja de resonancia de un instrumento de cuerda, etc.) actúa como un filtro que atenúa algunas frecuencias y potencia otras, otorgándole un timbre particular al sonido Filtros • • Variación de sonido Un filtro (de sonido) es un dispositivo (o un proceso) que elimina ciertos componentes de un sonido, en función de la frecuencia • Al igual que ocurre con la síntesis aditiva, para que los sonidos obtenidos mediante síntesis sustractiva sean más interesantes, deben variar • En ambos casos (y en muchas de las otras técnicas que todavía no hemos visto) se utilizan 2 técnicas sencillas para obtener esa variabilidad, ambas inspiradas en los instrumentos tradicionales • Los instrumentos tradicionales varían http://raven.dartmouth.edu/ ~book/MATCpages/chap.4/ 4.3.filt.html de acuerdo a una evolución temporal (se inician, se mantienen y terminan) de forma cíclica (e.g. vibratos, tremolos…) Sonidos variables en el tiempo • Si analizamos la onda de un sonido de violín (por ej.) podemos distinguir las siguientes fases • Ataque. El ataque de un sonido de un instrumento se produce en el momento de empezar o atacar la nota. La mayoría de los instrumentos alcanza durante el ataque su máximo nivel • Decaimiento. Después del ataque se produce una atenuación del sonido. El decaimiento es la transición entre el ataque y el mantenimiento • Mantenimiento. Corresponde a la zona estable del sonido. Durante el mantenimiento, el timbre y el volumen del sonido permanecen constantes • La extinción o liberación. Se produce cuando desaparece el sonido de la nota. En el caso del violín es la transición que tiene lugar entre el momento en que se aparta el arco de las cuerdas y la completa desaparición del sonido Envolvente • Los primeros sistemas con envolventes analógicos constaban por ello de 4 fases y se denominaron ADSR (attack, decay, sustain, release) • En los sonidos naturales, no sólo varía la amplitud • El ataque de un piano o una guitarra es mucho más “ruidoso” que la parte final (variación en el timbre) En algunos instrumentos se producen también variación en la altura (e.g. glissando) • Por ello, las envolventes no sólo se aplican al control de amplitud, sinó que también puden aplicarse al control de frecuencia o a los filtros, para modificar el timbre 3 Modulación : Osciladores de baja frecuencia • Si aditiva ~escultura en metal y sustractiva ~escultura en piedra, las técnicas de modulación, podrían asemejarse a la escultura en barro. En combinación con las envolventes, la modulación en baja frecuencia se aplica a cualquier otra técnica de síntesis • Se utilizan para ello osciladores de baja frecuencia (LFO) que modifican de forma cíclica cualquier parámetro de la síntesis Al igual que los de alta frecuencia, estos osciladores pueden ser de varios tipos (sinusoidal, cuadrada, triangular, sierra...) Además del tipo de onda, los parámetros que la controlan son la frecuencia y la amplitud de la oscilación • • • • • • • Oscilación de la altura (vibrato) Oscilación de la amplitud (tremolo) Oscilación del filtro (~wah) …… Oscilación del panorama leve leve Modulación • • • • • exagerado exagerado • La modulación de baja frecuencia deber mantenerse por debajo de la frecuencia audible Cuando sobrepasa ~20 Hz, fenómenos más complejos comienzan a producirse A partir de aquí nos encontramos ante un nuevo tipo de síntesis: la síntesis por modulación Si la síntesis aditiva se baja en la suma de ondas (u osciladores) la síntesis por modulación se basa grosso modo en la multiplicación de ondas Si para la aditiva son necesarias muchos osciladores para conseguir efectos interesantes, en la síntesis por modulación, con sólo 2 osciladores se pueden conseguir sonidos muy diferentes de los originales (también se pueden seguir utilizando varios osciladores) Î es más rentable y eficaz Hay varios formas de llevar a cabo estas modulaciones, lo cual nos lleva a métodos de síntesis diferentes Anillo Amplitud Frecuencia Modulación de amplitud Modulación en anillo • Es la forma más sencilla y consiste únicamente en multiplicar dos ondas o señales • Trémolo en zona de • Se obtienen nuevos componentes de frecuencia que no son armónicos (no tienen relación entera con ninguna de las dos ondas), y que dependen de la suma y de la diferencia de las 2 frecuencias. Por ellos los resultados tímbricos tienen a menudo un carácter metálico • • frecuencias audibles (a partir de 20 Hz) Este método no modifica la frecuencia de la portadora Darmouth 4.5 • En los dos métodos siguientes, se distingue entre la señal moduladora (la que modula) y la portadora (que es modulada) Modulación de frecuencia (FM) • Es la misma técnica que se utiliza para transmisión de radio, pero no se aplicó a la síntesis de sonido hasta principios de los 70s • Aunque los conceptos son parecidos al modelo anterior de síntesis de amplitud, por la precisión que requiere (pequeños errores o desvíos en las ondas básicas producen grandes cambios) no se implementó nunca en sintetizadores analógicos • Permite obtener una gran variedad de sonidos (tipo campanas, bajos, metales… y abiertamente electrónicos) • Yamaha FM (1983), Soundblasters… • Darmouth 4.7. FM (teoría y ejemplos sonoros) Applet de demo Programa EFE.EME.EXE de Marcos Alonso (ESUP, UPF Barcelona 2002) Download • • 4
